Hanoi 6/ Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện tử Viễn thông BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Phần mềm phân loại xe hệ thống AVC Sinh viên thực hiện: Tạ Duy Tùng Lớp : Điện tử Viễn thông – K54 MSSV: 20093154 Giảng viên hướng dẫn: PGS.Nguyễn Văn Đức Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức I.Tổng quan AVC ( Automatic Vehicle Classiffication) Hệ thống phân loại tự động AVC Hệ thống phân loại tự động (Automatic Vehicle Classification – AVC) bốn phân hệ hệ thống thu phí tự động, hoạt động hệ thống độc lập so vơi hệ thống phân loại tự động AVI AVC hệ thống xác định đặc điểm xe, thông số vật lý xe thơng qua phân loại xe thành nhóm mong muốn như: xe tải, xe kéo rơ móc, xe bus, xe con, xe máy Ngồi hệ thống AVC có nhiệm vụ phát xác định vận tốc xe tới Các hệ thống AVC sử dụng rộng rãi với nhiều phước thức đo đạc thông số vật lý khác như: Mỹ thường xác định số trục xe, khoảng cách trục hay trọng tải xe, châu Âu thường phân loại dựa thơng số kích thước xe Cùng với việc phân loại xe, liệu trình AVC đem so sánh với mã thẻ để phát sai phạm sử dụng thẻ, trọng tải mang giới hạn, vận tốc…v v Để thực chức hệ thống AVC hồn chỉnh bao gồm hai phần chính: - Cơng nghệ sử dụng để nhân biết đặc điểm xe: o o Chiều rộng o Chiều cao o Khoảng cách trục o Hình dạng xe o - Chiều dài Vận tốc Các liệu mẫu, quy định phân loại nhóm xe: đem so sánh với liệu đo để phân loại: o Theo số trục, kích thước khoảng cách trục xe o Theo kích thước xe: dài, rộng ,cao o Theo tải trọng xe o Kết hợp nhiều tiêu chí o … Các cơng nghệ AVC Chia làm loại chính: có can thiệp tới đường, không can thiệp tới đường Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS - Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Có can thiệp đường (Intrusive Sensors): loại sensor phải lắp đặt vỉ hè, chôn xuống đường rãnh hố ống ngầm như: o o Magnetometers o Microloop probes o Pneumatic road o - Inductive loops Các sensor Weigh-In-Motion khác … Không can thiệp đường: o Video image processing o Microwave radar, laser radar o Passive infrared, ultrasonic, passive acoustic array, and o Kết họp nhiều công nghệ sensor khác như:  Passive infrared and microwave Doppler  Passive infrared and ultrasonic 2.1.Công nghệ phân loại Weigh In Motion Sử dụng sensor cảm ứng để xác định tải trọng xe tới trạm Hình Công nghệ phân loại Weigh In Motion Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức 2.2.Công nghệ phân loại tự động Camera Hình Hệ thống phân loại Camera 2.3.Công nghệ phân loại tự động sensor cảm ứng - Là công nghệ phân loại xe tự động dựa vào sensor cảm ứng đặt bên đường như: sensor laser, sensor sóng âm, sensor Doppler xác định vận tốc… Các sensor thường sử dụng để xác định thông số vận tốc, hình dạng, đếm số trục xe… Các sensor cảm ứng thường sử dụng : laser, siêu âm, microwave hồng ngoại… - Nguyên lý hoạt động: o Sensor cảm ứng gắn vào ống đặt bên lề đường, với số lượng, vị trí phụ thuộc loại sensor ứng dụng phân loại khác Thông thường bao gồm  Sensor cảm ứng xác định tốc độ: dùng sensor Doppler đo khoảng cách, khoảng thời gian xe qua sensor cảm ứng có khoảng cách xác định  Sensor đếm số trục khoảng cách trục  Sensor xác định chiều cao xe  Sensor xác định chiều dài xe o Các thông số đo chuyển vào chip xử lý PC để tính tốn vận tốc, với giá trị đo sensor khác xác định thơng số kích thước xe Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Với ưu điểm công nghệ này, hệ thống AVC theo công nghệ sensor trình bày II.Phần mềm quản lý Hệ thống AVC TDS ( Transport Data Systems) 1.Tổng quan Hệ thống AVC ứng dụng công nghệ sensor: - Lý chọn: o o Chi phí thấp o - Triển khai đơn giản Dễ thực thi Vấn đề cần khắc phục: o Độ tin cậy khơng cao o Tính ổn định o Phụ nhiều vào thời tiết Giải pháp phân loại xe sử dụng công nghệ sensor cảm ứng, đơn giản hơn, giá thành rẻ, dễ triển khai ứng dụng nên phù hợp với điều kiện Việt Nam Hệ thống AVC bao gồm dải đèn cảm biến, Doppler radar hệ xử lý AVC Hệ thống có khả phân loại cách tương đối xác loại xe khác tùy theo yêu cầu khách hàng Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Hình 3.Sơ Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức đồ khối hệ thống AVC TDS 2.Phần mềm hệ thống AVC TDS Các đặc điểm phần mềm: o Cơng nghệ sử dụng: Visual C# 2010 o Kích thước: 300 kbytes o Thời gian hoàn thành: tuần o Mô tả: Quản lý thông số, phân loại phương tiện tự động máy cá nhân, kết nối hệ thống thông qua chuẩn giao tiếp RS232 o Yêu cầu: Hiển thị profile phương tiện với tin test từ mạch mô  Dưới trình bày cách chi thiết thiết kế phần mềm, đặc điểm RS232 giao tiếp với hệ thống C# 2.1 Cổng RS232 2.1.1.Cấu trúc cổng nối tiếp Cổng nối tiếp sử dụng để truyền liệu hai chiều máy tính ngoại vi, có ưu điểm sau:  Khoảng cách truyền xa truyền song song  Số dây kết nối  Có thể truyền khơng dây dùng hồng ngoại Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS     Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC Cho phép nối mạng Có thể tháo lắp thiết bị lúc máy tính làm việc Có thể cung cấp nguồn cho mạch điện đơn giản Các thiết bị ghép nỗi chia thành loại: DTE (Data Terminal Equipment) DCE (Data Communication Equipment) DCE thiết bị trung gian MODEM DTE thiết bị tiếp nhận hay truyền liệu máy tính, PLC, vi điều khiển,… Việc trao đổi tín hiệu thơng thường qua chân RxD TxD Các tín hiệu cịn lại có chức hỗ trợ để thiết lập điều khiển q trình truyền, gọi tín hiệu bắt tay(handshake) Ưu điểm q trình truyền dùng tín hiệu bắt tay kiểm sốt đường truyền Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 EIA Chuẩn RS-232 quy định mức logic ứng với điện áp từ -3V đến -25V, mức logic ứng với điện áp từ 3v đến 25v có khả cung cấp dịng từ 10mA đến 20mA Ngoài ra, tất ngõ có đặc tính chống chập mạch Chuẩn RS232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps cáp truyền đủ ngắn lên đến 115.200 bps Các phương thức kết nối DTE DCE: - Đơn công(simplex connection): liệu truyền theo hướng - Bán song công(half-duplex): liệu truyền theo hướng, thời điểm truyền theo hướng - Song công(full-duplex): số liệu truyền theo đồng thời hướng Khi không truyền liệu, đường truyền trạng thái mark(điện áp -10v) Khi bắt đầu truyền, DTE đưa xung Start (space:10v) sau truyền từ D0 đến D7 Parity, cuối xung Stop(mark: -10v) để khơi phục trạng thái đường truyền Các đặc tín chuẩn RS232 sau:         Chiều dài cable cực đại: 15m Tốc độ liệu cực đại : 20kbps Diện áp ngõ cực đại : ± 25v Diện áp ngõ có tải : ±5v đến ±15v Trở kháng tải : 3k đến 7k Diện áp ngõ vào : ±15v Dộ nhạy ngõ vào : ±3v Trở kháng ngõ vào : 3k đến 7k Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Các tốc độ truyền liệu thông dụng cổng nối tiếp 1200 bps, 4800 bps, 9600 bps 19200 bps Hình 4.Sơ đồ chân cổng nối tiếp Các cổng COM có hai dạng : đầu nối DB25 đầu nối DB9 mơ tả hình Khi lập trình kết nối, ta cần ý đến chân TxD-chân truyền liệu ( chân DB25 DB9) chân RxD-chân nhận liệu ( chân DB25 chân DB9) 2.1.2 Truyền thông nút Các sơ đồ kết nối dùng cổng nối tiếp : Khi thực kết nối trên, trình truyền phải đảm bảo tốc độ đầu phát thu giống Khi có liệu đến DTE, liệu đưa vào đệm tạo ngắt Ngoài , thực kết nối DTE, ta dùng sơ đồ sau : 10 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 5.Sơ đồ đấu nối cổng COM  Sơ đồ nói lên kết nối COM ta phải đấu chéo chân với 2.1.3.Giao tiếp UART Thuật ngữ USART tiếng anh viết tắt cụm từ: Universal Symchronous & Asynchronous Serial Receiver and Tranmitter, nghĩa truyền nhận nối tiếp đồng không đồng Khái niệm USART thường để thiết bị phần cứng (device , hardware), chuẩn giao tiếp USART hay USRT cần phải kết hợp với thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo chuẩn giao tiếp Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) máy tính cá nhân kết hợp chip UART chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UART thường theo mức TTL: mức logic hight 5, mức low 0V Trong đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 máy tính nhân thường -12V cho mức logic high +12V cho mức low Hình 6.Tín hiệu tương đương UART RS232 11 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức 2.1.4.Truyền thông nối tiếp cấu trúc tin truyền Hình 7.Truyền bit theo phương pháp song song nối tiếp Một hạn chế dễ nhận thấy truyền nối tiếp so với song song tốc độ truyền độ xác liệu truyền nhận liệu vần chia nhỏ thành bit truyền/nhận , tốc độ truyền bị giảm Mặt khác, để đảm bảo tính xác liệu, truyền nhận cần có thỏa hiệp hay tiêu chuẩn định Khái niệm đồng để báo trước q trình truyền Ví dụ, thiết bị kết nối với thiết bị đường, đường liệu đường xung nhịp lần tb1 muốn send bit liệu, tb1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao báo cho tb2 sẵn sàng nhận bit Bằng cách báo trước tất bit liệu truyền/nhận cách dễ dàng với rủi ro trình truyền Tuy nhiên, cách truyền địi hỏi đường truyền cho trình (send receive ) Giao tiếp máy tính bàn phím ví dụ cách kết nối truyền thông đồng Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông không đồng cần đường truyền cho trình Khung liệu chuẩn hóa thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước liệu đến ví dụ thiết bị giao tiếp với theo phương pháp này, chúng thỏa thuận với 1ms có bit liệu truyền đến, thiết bị nhạn cần kiểm tra đọc đường truyền mili-giây để đọc bit liệu sau kết hợp chúng lại thành liệu có ý nghĩa Truyền thơng khơng đồng hiệu truyền thơng đồng (khơng cần nhiều line) Tuy nhiên, để trình truyền thành cơng việc tn thủ tiêu chuẩn truyền quan trọng Các khái niệm truyền thông khơng đồng bộ: Baud rate(tốc độ Baud): ví dụ việc truyền bit ms, ta thấy để việc truyền nhận không đồng thành cơng thiết bị tham gia phải thống với khoảng thời gian dành cho bit truyền hay nói cách khác tốc độ truyền phải cài đặt trước Tốc độ gọi tốc độ Baud Theo định nghĩa, tốc độ baud số bit truyền giây Frame(khung truyền): truyền thơng nói tiếp nối tiếp không đồng dễ sai lệch liệu, q trình truyền thơng theo kiểu phải tn theo số quy cách định Bên cạnh tốc độ Baud, khung truyền yếu tốc quan trọng tạo nên thành công truyền nhận Khung truyền bao gồm quy định số bit truyền tỏng lần, bit báo hư Start bit Stop, bit kiểm tra Parity, số lượng bit data quy định khung truyền giống hình 12 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Start bit: start bit bit truyền frame truyền, bit có chức báo cho thiết bị nhận biết có gói liệu truyền tới Databit: data hay liệu cần truyền thông tin mà cần gửi nhận Data không thiết phải gói bit, với giao tiếp vi điều khiển ta quy định số lượng bit tương ứng data 5,6,7,8 tương tự cho hầy hết thiết bị hỗ trợ UART KHÁC) Trong truyền thơng nối tiếp UAR, bit có ảnh hưởng nhỏ (LSB-Least Significant, bit bên phải) data truyền trước cuối bit có ảnh hưởng lớn ( MSB-Most Significant Bit, bit bên trái) Parity bit: parity bit dùng để kiểm tra liệu truyền khơng (một cách tương đối) Có loại bit parity parity chẵn(even) lẻ(odd) Parity chẵn nghĩa số lượng liệu bao gồm bit parity số chẵn Ngược lại tổng số lượng số parity lẻ số lẻ Parity khơng phải bit bắt buộc, lại bit khỏi khung truyền Stop bits: stopbit bit báo cho thiết bị nhận biết gói liệu gửi xong Sau nhận stop bits, thiết bị nhận tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính xác liệu Stop bits bits bắt buộc xuất khung truyền với số lượng 1,1.5,2,2.5 2.2.Các đặc điểm phần mềm 2.2.1 Nguyên lý Hình 8.Sơ đồ tối giản hệ thống TDS 13 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Phần mềm phân loại phương tiện tự động phân loại dựa đặc trưng bên phương tiện giao thơng mà từ phân thành lớp Nó sử dụng thông số chiều dài phương tiện, số trục khoảng cách trục, chiều cao … phương tiện mặc định sẵn phần mềm từ đem so sánh, phân loại Hình 9.Mặt cắt nghiêng phương tiện Sự nhận biết hình ảnh mặt nghiêng (Profile) phương tiện thực nhờ hệ thống sensor (Light Curtain) gắn cổng vào Hệ thống xử lý AVC nhận tin gửi lên từ cảm biến Từ đó, ta vẽ lên mặt cắt phương tiện giao thông thời điểm Cứ tiếp tục thế, cảm biến với thời gian bặt tắt ngắn vẽ cách tương đối xác hình ảnh vật thể qua hết Hình 10.Cổng /vào có cảm biến qt 2.2.2.Tiêu chí phân loại xe Việc phân loại xe phụ thuộc vào hay kết hợp nhiều đặc tính vật lý xe: kích thước xe dài, rộng, cao; tải trọng xe; số khung xe, khoảng cách khung, xe bánh hay hai bánh… Để đảm bảo hệ thống phân loại tự động đơn giản hiệu quả, phương án phân loại xe phụ thuộc vào bốn thơng số chính: - Tốc độ xe tới - Đếm số trục xe - Khoảng cách trục xe - Chiều dài xe 14 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Để phân loại xe, dựa danh mục phân loại xe theo kích thước chuẩn phân loại Áo 15 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 11.Bảng phân loại theo kích thước loại xe Với 12 kiểu xe phân loại 16 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 12.Các loại xe phân loại 2.2.3 Sử dụng phần mềm Giao diện phần mềm: 17 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 13.Giao diện tổng quan phần mềm Giao diện phần mềm gồm phần • • • Bảng điều khiển: chứa tùy chọn thông số cổng nối tiếp RS232 Ma trận ô: hiển thị hình ảnh profile phương tiện cảm biến quét Bảng thông số xe: thông số dùng để phân loại chiều dài, khoảng cách trục, vận tốc xe, số trục xe… Thanh trạng thái: thị trạng thái kết nối phần mềm với hệ thống • Quản lý RS232 _Control: 18 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức 1) Khi chạy phần mềm, status thông báo chọn cổng com để kết nối, kèm theo thông số cổng COM mà triển khai thật tích hợp vào hệ thống, thơng số mặc định 2) Bấm nút “Kết nối” phần mềm nhận xử lý liệu từ hệ thống Hình 14.Demo hình ảnh profile phương tiện III.Kết luận Xuất từ lâu giới, hệ thống phân loại phương tiện giao thông tự động theo nhiều cách khác có đóng ghóp lớn vào cơng việc quản lý phương tiện, giảm bớt gánh nặng thời gian chi phí cho sở hạ tầng giao thông Ở Việt Nam, hệ thống tương đối mẻ Hầu hết hệ thống áp dụng giới khó triển khai nước ta chi phí đắt, đặc thù giao thông ta phức tạp, lộn xộn, phương tiện không theo riêng Hy vọng tương lai không xa, đề tài Hệ thống AVC TDS triển khai, khắc phục nhược điểm kèm theo mở rộng tính độ xác phần mềm quản lý hệ thống Danh mục tài liệu tham khảo: 19 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức [1] TDS Transport Data System , http://www.transportdatasystems.com/, 2012 [2] TDS Transport Data System, Technical Description For Model 110 Automatic Vehicle Classification System, 1159 Cushman Avenue San Diego CA, 2010 [3] Kapsch TrafficCom, Automatic Vehicle Classification,, Kapsch Group [4] ITS_BK, Hệ thống phân loại xe tự động AVC, ITS_BK, 3.2012 [5] Phạm Hùng Kim Khánh, Kĩ thuật vi xử lý, Ebook 20 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 ... k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 11 .Bảng phân loại theo kích thước loại xe Với 12 kiểu xe phân loại 16 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm. .. hệ thống AVC TDS Giảng viên: PGS.Nguyễn Văn Đức Hình 12 .Các loại xe phân loại 2.2.3 Sử dụng phần mềm Giao diện phần mềm: 17 Tạ Duy Tùng – Điện tử Viễn thông – k54 Phần mềm quản lý hệ thống AVC. .. hệ thống độc lập so vơi hệ thống phân loại tự động AVI AVC hệ thống xác định đặc điểm xe, thông số vật lý xe thơng qua phân loại xe thành nhóm mong muốn như: xe tải, xe kéo rơ móc, xe bus, xe